Původ a vlastnosti protobiontů



protobionty jsou to biologické komplexy, které podle některých hypotéz souvisejících s původem života předcházely buňkám. Podle Oparína se jedná o molekulární agregáty obklopené semipermeabilní lipidovou membránou nebo podobnou strukturou..

Tyto biotické molekulární agregáty by mohly představovat jednoduchou reprodukci a metabolismus, který by dokázal udržet chemické složení vnitřku membrány odlišné od jejího vnějšího prostředí..

Některé experimenty provedené v laboratoři různými výzkumníky ukázaly, že protobionty se mohou tvořit spontánně pomocí organických sloučenin vytvořených z abiotických molekul jako strukturálních bloků..

Příklady těchto experimentů jsou tvorba liposomů, což jsou agregace malých kapiček obklopených membránami. Ty mohou být vytvořeny, když jsou do vody přidány lipidy. To také nastane, když jsou přidány jiné typy organických molekul.

Mohu se stát, že liposomové kapičky vytvořené v rybnících prebiotických časů a tyto náhodně začleňují některé aminokyselinové polymery.

V případě, že polymery vytvořily určité organické molekuly propustné pro membránu, bylo by možné tyto molekuly začlenit selektivně.

Index

  • 1 Vlastnosti a charakteristiky
    • 1.1 Semipermeabilní membrány
    • 1.2 Excitabilita
  • 2 Původ
    • 2.1 Hypotéza Oparin a Haldane
    • 2.2 Experiment Miller a Urey
  • 3 Genetický materiál protobionů
    • 3.1 Svět RNA
    • 3.2 Vzhled DNA
  • 4 Odkazy

Vlastnosti a charakteristiky

Předpokládané protobionty by mohly být vytvořeny z hydrofobních molekul, které byly organizovány ve formě dvojvrstvy (dvě vrstvy) na povrchu kapky, připomínající lipidové membrány přítomné v současných buňkách.

Semipermeabilní membrány

Protože je struktura selektivně propustná, lipozom může bobtnat nebo deflovat v závislosti na koncentraci rozpuštěných látek v médiu.

To znamená, že pokud je liposom vystaven hypotonickému médiu (koncentrace uvnitř buňky je větší), voda vstupuje do struktury a nabobtnává liposom. Naproti tomu, pokud je médium hypertonické (koncentrace buňky je nižší), voda se pohybuje do vnějšího prostředí.

Tato vlastnost není pro liposomy jedinečná, může být také aplikována na aktuální buňky organismu. Pokud jsou například červené krvinky vystaveny hypotonickému médiu, mohou explodovat.

Vzrušení

Lipozomy mohou ukládat energii ve formě membránového potenciálu, který se skládá z napětí na povrchu. Struktura může vybít napětí způsobem, který připomíná proces, který se vyskytuje v nervových buňkách nervového systému. 

Lipozomy mají několik charakteristik živých organismů. Není to však totéž, co říká, že liposomy jsou naživu.

Původ

Existuje široká škála hypotéz, které se snaží vysvětlit vznik a vývoj života v prebiotickém prostředí. Níže popíšeme nejvýraznější postuláty, které diskutují o původu protobionů:

Hypotéza Oparina a Haldana

Hypotézu o biochemickém vývoji navrhl Alexander Oparin v roce 1924 a John D. S. Haldane v roce 1928.

Tento postulát předpokládá, že prebiotická atmosféra postrádala kyslík, ale silně se snižovala, s velkým množstvím vodíku, které vedlo k tvorbě organických sloučenin díky přítomnosti zdrojů energie.

Podle této hypotézy, když došlo k ochlazení země, pára sopečných erupcí kondenzovala a urychlovala jako silné a konstantní deště. Když voda padla, táhla minerální soli a další sloučeniny, což vedlo ke vzniku slavné prvotní polévky nebo výživného vývaru..

V tomto hypotetickém prostředí by mohly vznikat velké molekulární komplexy nazývané prebiotické sloučeniny, které vznikly stále složitějšími buněčnými systémy. Oparin tyto struktury nazýval protobiontes.

Jak protobionts zvětšil jejich komplexnost, oni získali nové schopnosti přenášet genetické informace, a Oparin dal jméno eubiontes k těmto více pokročilým formám..

Miller a Urey experiment

V roce 1953, po postulátech Oparina, vědci Stanley L. Miller a Harold C. Urey vyvinuli sérii experimentů k ověření tvorby organických sloučenin z jednoduchých anorganických materiálů..

Millerovi a Ureyovi se podařilo vytvořit experimentální design, který simuloval prebiotická prostředí s podmínkami navrženými Oparinem v malém měřítku, přičemž se mimo jiné získává řada sloučenin, jako jsou aminokyseliny, mastné kyseliny, kyselina mravenčí, močovina..

Genetický materiál protobiontů

RNA svět

Podle hypotézy současných molekulárních biologů nesli protobionty místo molekul DNA molekuly RNA, což jim umožnilo replikovat a ukládat informace.

Kromě toho, že RNA má zásadní úlohu při syntéze proteinů, může se také chovat jako enzym a provádět katalytické reakce. Vzhledem k této charakteristice je RNA indikovaným kandidátem jako první genetický materiál v protobiontech.

Molekuly RNA schopné provádět katalýzu se nazývají ribozymy a mohou vytvářet kopie s komplementárními sekvencemi krátkých úseků RNA a zprostředkovat proces spojování, odstranění úseků sekvence.

Protobiont, který měl molekulu katalytické RNA uvnitř, se lišil od jejích protějšků postrádajících tuto molekulu.

V případě, že by protobionty mohly růst, dělit se a přenášet RNA na své potomstvo, mohou být na tento systém aplikovány přirozené selekční procesy, a protobionty s molekulami RNA by zvýšily jejich frekvenci v populaci..

Ačkoli vzhled tohoto protobionu může být velmi nepravděpodobný, je třeba si uvědomit, že v tělech vody primitivní země mohly existovat miliony protobionů..

Vzhled DNA

DNA je mnohem stabilnější dvouvláknová molekula ve srovnání s molekulou RNA, která je křehká a replikuje se nepřesně. Tato vlastnost přesnosti, pokud jde o replikaci, se stala nezbytnější, protože se zvětšily velikosti genů protobionů.

Na Princeton univerzitě, výzkumník Freeman Dyson navrhne, že molekuly DNA mohou být krátké struktury, pomáhal v jejich replikaci náhodnými aminokyselinovými polymery s katalytickými vlastnostmi..

Tato časná replikace by mohla nastat uvnitř protobionů, které uchovávaly vysoké množství organických monomerů.

Po objevení se molekuly DNA mohla RNA začít hrát své současné role jako zprostředkovatelé překladu, čímž se vytváří "svět DNA".

Odkazy

  1. Altstein, A. D. (2015). Hypotéza progenu: svět nukleoproteinů a způsob, jakým začal život. Biology Direct, 10, 67.
  2. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, B.E. (2003). Biologie: Život na Zemi. Pearsonovo vzdělávání.
  3. Campbell, A. N., & Reece, J. B. (2005). Biologie. Redakční Panamericana Medical.
  4. Gama, M. (2007). Biologie 1: Konstruktivistický přístup. Pearson Education.
  5. Schrum, J. P., Zhu, T. F., & Szostak, J. W. (2010). Počátky buněčného života. Cold Spring Harbor perspektivy v biologii, a002212.
  6. Stano, P., & Mavelli, F. (2015). Protocells modely v původu života a syntetické biologii. Život, 5(4), 1700-1702.